[发明专利]一种基于网格变形技术的鞋楦楦头变更方法

说明书

技术领域

本发明属(人类生活必需)制鞋领域，涉及鞋楦楦头快速变更设计的方法，尤其是一种基于网格变形技术的鞋楦楦头变更的方法。

背景技术

鞋楦是鞋的成型模具，鞋楦的舒适性、适脚性对用户足部的健康有着至关重要的影响。随着计算机技术与信息技术的飞速发展，将CAD/CAM技术引入到鞋楦的设计与生产中，大大地提高了鞋楦的设计与生产效率。在鞋楦数字化设计过程中，设计师可以通过对存储在鞋楦数据库中的标准鞋楦数字化模型进行级放、尺寸编辑、纹理贴图等，获得既舒适、合脚，而又美观、时尚的定制鞋楦。为了满足舒适度要求，需要根据用户脚型尺寸与鞋楦尺寸的对应关系确定鞋楦的关键尺寸，主要是楦后身的特征尺寸；而鞋楦的款式、美观主要由楦头决定，鞋楦的款式变化主要是楦头的变化，后身则基本保持不变，如果能够实现快速有效的楦头变更设计，将促进鞋楦生产标准化、装配化的实施，同时有利于提高鞋楦个性化定制的设计效率。

国家标准规定的鞋楦后身标准化是指：鞋楦第一、第五跖趾部位后楦体尺寸不变。鞋楦厂中为了节约鞋楦制造的成本，通过手工置换楦头，将原鞋楦的楦头除去，粘接上新楦头并打磨平整，其过程繁琐、耗时而缺乏精度，依赖于制楦师傅的经验；EasyLast、Declam CRISPIN等鞋楦设计软件中也提供了楦头置换的功能，但需要根据设计者的经验调整新楦头与原鞋楦之间的相对位置。部分学者通过对楦头轮廓线的编辑进行楦头曲面的修改与设计，可以任意修改鞋楦的前跷高、楦头厚度等楦头尺寸，达到重新设计楦头款式的目的，但其设计效率明显低于直接使用楦头数据库中的模型进行楦头置换。

综上所述，针对现有楦头置换技术精度不高、楦头与后身匹配标准不明确、设计自动化程度与效率较低等问题，有必要提出一种新的方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于网格变形技术的鞋楦楦头变更方法，可以快速地使用选定款式的楦头模型替换现有鞋楦模型的楦头，无需进行手动调整，导入新楦头后整个过程自动完成，对设计者的经验要求相对较低，大大提高了楦头设计的效率；同时，变形后的新楦头与后身平滑过渡、自然连接，在定位精度、保持后身不变性与特征保持性方面，优于手工置换楦头与现有商业软件中置换楦头的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于网格变形技术的鞋楦楦头变更方法，具体包括以下几个步骤：

步骤1，从鞋楦数据库读入STL格式的三角网格鞋楦模型，建立STL模型内三角面片、边与顶点的完整拓扑信息；

步骤2，对鞋楦模型进行方位标准化；

步骤3，提取鞋楦跖围曲线；

步骤4，导入新的楦头三角网格模型，完成新楦头与原鞋楦后身之间的相对位置校准；

步骤5，基于拉普拉斯网格变形的方法，完成新楦头与原鞋楦后身的匹配；

步骤6，融合变形后的楦头网格与切割后的原鞋楦后身网格。

所述步骤1的具体做法是：

从鞋楦数据库中读入一个STL格式的标准鞋楦三角网格模型，建立网格中面片到顶点、面片到边、顶点到面片、边到顶点的拓扑连接信息。

所述步骤2的具体做法是：

首先通过手工平移和/或旋转等交互操作，使鞋楦的楦头大致朝向x轴的正向，鞋楦高度方向大致和z轴正向一致。构建鞋楦模型顶点的协方差矩阵C，对C进行特征分解，获得三个特征值及其对应的特征向量。将特征值按照从小到大排序，将最大特征值对应的特征向量方向变换到与x轴方向一致，最小特征值对应的特征向量方向变换到与y轴一致。提取鞋楦各坐标轴方向上的极值点，根据标准方位的定义进行逐一校准。

步骤2中标准方位的定义是：

①鞋楦中轴线在x轴上；

②踵心点与x轴相切；

③后跟突点位于z轴上,楦跟与z轴相切；

④第一跖趾点和第五跖趾点与坐标原点连线的向量与xOz平面夹角相同。

所述步骤3的具体做法是：

确定围度曲线确定跖围曲线所在平面，围度曲线可由相应的平面与楦型曲面进行截面求交获得。楦型用三角网格曲面表示并按照步骤1构建好其拓扑邻接关系，围线所在平面用点法式表示。截面求交时，首先随机找到一条与平面相交的边，然后利用网格曲面已有的拓扑邻接关系，快速查找该边所在三角形与平面相交的其它边，直至找到全部相交边为止。

确定跖围曲线所在平面的方法是：